Metabolismo energético de los principales órganos

METABOLISMO ENERGÉTICO DE LOS PRINCIPALES ÓRGANOS

Saludos a toda la comunidad deportiva de Facebook! Últimamente surgen debates sobre diversos conceptos como son: las dietas cetogénicas, el ayuno intermitente, la dieta del guerrero, el consumo de carbohidratos en la noche, el entrenamiento de la fuerza en ayunas, el entrenamiento cardiovascular en ayunas, las dietas paleo, la distribución de las comidas durante el día y muchos más. Son todos conceptos diferentes pero tienen en común algo: están directamente relacionados con el metabolismo energético tanto en fase de actividad física, como de reposo,y en fase de ingesta de alimentos. Esta exposición no responde directamente a la cuestión que se plantea sobre la idoneidad o no de poner en práctica estos conceptos, pero sí nos va a enmarcar (espero que lo más sintética y claramente posible) el contexto de los procesos fisiológicos y bioquímicos que tienen lugar cuando los llevamos a la práctica. Por eso expondré el funcionamiento energético de los principales órganos y tejidos del organismo (ojo principales evidentemente sólo desde el punto de vista energético, sin atender a las muchas otras funcionas fisiológicas). Merece la pena leerlo detenidamente y con calma.

CEREBRO

La glucosa es prácticamente el único combustible utilizado por el cerebro humano, excepto durante el ayuno prolongado. El cerebro carece de almacenamiento de combustible y, por consiguiente, requiere un suministro continuo de glucosa, que entra con facilidad en todo momento. El cerebro consume unos 120 g de glucosa al día (equivale a unas 420 kcal). En estado de reposo el cerebro utiliza el 60% de la glucosa total consumida por el organismo entero. Las medidas de resonancia magnética nuclear han demostrado que la concentración de glucosa en el cerebro es aproximadamente 1 mM cuando el nivel en plasma es de 4.7 mM (84.7 mg/dl), que sería valores normales en el cerebro y plasma respectivamente. Cuando el nivel de glucosa se aproxima a la Km de la hexoquinasa (~ 50µM), la glucólisis se hace más lenta. Este peligroso momento se da cuando el nivel de glucosa en sangre disminuye hasta 2.2 mM (39.6 mg/dl), más o menos la mitad del normal.

Durante el ayuno prolongado, los cuerpos cetónicos (acetoacetato y 3-hidroxibutirato), sintetizados en el hígado, reemplazan en parte a la glucosa como combustibles cerebrales, a niveles del 60% e incluso el 70%. El acetoacetato se activa mediante la transferencia de CoA procedente de succinil-CoA y así se convierte en acetoacetil-CoA, que entra en el ciclo el Ciclo de Krebs para producir energía. Los ácidos grasos no sirven como combustible cerebral porque están unidos a la albúmina en el plasma, y en consecuencia, no pueden atravesar la barrera hematoencefálica. Pero en el fondo, los cuerpos cetónicos son equivalentes a ácidos grasos transportables, que han sido ya previamente preparados por el hígado para su consumo principalmente por el cerebro (y los músculos también, además de otros órganos).

El hecho de que el cerebro incluso en cetosis necesite un 30% de consumo de glucosa pone de manifiesto la existencia de mecanismo bioquímicos laboriosos y no muy eficientes pero cruciales de resíntesis de glucosa y glucógeno a partir de ácidos grasos, glicerol, y algunos aminoácidos. Estos mecanismos por ejemplo en animales carnívoros cazadores son mucho más eficientes y vitales, pues necesitan glucógeno para los esfuerzos intensos que realizan para cazar mientras sólo ingieren prácticamente grasa y proteína.

MÚSCULO.

Los principales combustibles del músculo son: glucosa, ácidos grasos y cuerpos cetónicos. El músculo difiere del cerebro en que posee un gran almacenamiento de glucógeno (1200 kcal). De hecho el 75-80% del glucógeno corporal están almacenadas en el músculo Este glucógeno se convierte fácilmente en glucosa-6-fosfato para su utilización por las células musculares. El músculo, como el cerebro, carece de glucosa-6-fosfatasa, y de este modo no puede liberar glucosa ni transportarla al exterior celular. Más bien, el músculo retiene la glucosa, el mejor combustible para su proceso de actividad.

En el músculo esquelético en contracción activa, la velocidad de la glucólisis (que quema glucosa en ausencia de oxigeno) excede, con mucho, a la del ciclo de Krebs (que quema glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, y más tipos de sustratos energéticos obteniendo mucha energía pero en presencia de oxígeno). La mayor parte del piruvato (formado como residuo de la glucólisis) en estas condiciones se reduce a lactato, que fluye hacia el hígado, donde se convierte en glucosa de nuevo. Estos intercambios, conocidos como ciclo de Cori, trasladan parte de la carga metabólica del músculo al hígado durante el esfuerzo físico. Además existe otro mecanismo auxiliar, en el músculo activo se forma gran cantidad de alanina por transaminación del piruvato, y esta alanina se traslada al hígado igual que el lactato. En el hígado, tanto la alanina como el lactato, pueden reconvertirse en glucosa que es nuevamente transportada para ser usada por los músculos en acción.

La conducta metabólica del músculo en reposo es completamente distinta. En el músculo en reposo, el combustible principal son los ácidos grasos. Los cuerpos cetónicos sirven también de combustible para el músculo cardiaco. De hecho, el músculo del corazón consume con preferencia acetoacetato en vez de glucosa.

TEJIDO ADIPOSO

Los triacilgliceroles (o triglicéridos) almacenados en el tejido adiposo constituyen un enorme depósito de combustible metabólico. En un hombre de 70 kg el contenido energético es de 135,000 kcal de media. El tejido adiposo está especializado en la esterificación de los ácidos grasos (para convertirlos en triglicéridos) y en su liberación de los triglicéridos, es decir el proceso opuesto, según haya necesidad de acumular grasa o de liberarla para ser consumida en otros órganos. Un triglicérido no es más que tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol, una forma más compacta de grasa que el ácido graso. En el hombre, el hígado es el principal centro de síntesis de ácidos grasos, mientras que el principal trabajo biosintético del tejido adiposo consiste en activar estos ácidos grasos y transferir los acetil-CoA resultantes al glicerol. El glicerol-3-fosfato, un intermediario clave en esta biosíntesis, procede de la reducción de la dihidroxiacetona fosfato, formada a partir de glucosa en la vía glucolítica. Las células adiposas son incapaces de fosforilar el glicerol endógeno, porque carecen de quinasa. En resumidas cuentas las células adiposas necesitan glucosa para sintetizar triglicéridos a partir de ácidos grasos.

Las lipasas hidrolizan los triglicéridos (o TAGs) a ácidos grasos y glicerol. La liberación del primer ácido graso de un TAG es la etapa limitante de la velocidad de este proceso y es catalizada por una enzima llamada lipasa que es sensible a hormonas. La lipasa que se fosforila reversiblemente en este proceso es una enzima activada por la adrenalina, la noradrenalina, el glucagón, etc. e inhibida por la insulina. El AMP cíclico actúa como mensajero celular. Los TAG de las células adiposas están continuamente hidrolizándose (rompiéndose) y resintetizándose (creándose). El glicerol liberado en la hidrólisis fluye hacia el hígado. La mayoría de los ácidos grasos formados en la hidrólisis, si el glicerol-3-fosfato abunda, se reesterifican dando de nuevo TAGs. Por el contrario, si el glicerol-3-fosfato escasea por falta de glucosa, los ácidos grasos se liberan al plasma. De este modo, el nivel de glucosa en las células adiposas es el principal factor determinante de la liberación de ácidos grasos a la sangre.

HÍGADO

La actividad metabólica del hígado es esencial para suministrar combustible al cerebro, músculos y otros órganos periféricos. La mayoría de los compuestos absorbidos por el intestino pasan a través del hígado, lo que permite regular el nivel de muchos metabolitos de la sangre. El hígado puede retener grandes cantidades de glucosa y convertirla en glucógeno (pueden almacenarse hasta 400 kcal). El hígado puede liberar glucosa en sangre, por degradación del glucógeno almacenado y por realización de la gluconeogénesis. Los precursores principales de la glucosa en la gluconeogénesis. son: el lactato y la alanina del músculo, el glicerol del tejido adiposo y los aminoácidos glucogénicos de la dieta y también otras moléculas en menor proporción.

El hígado juega también un papel central en la regulación del metabolismo lipídico. Cuando los combustibles son abundantes, el hígado esterifica los ácidos grasos que le llegan (creando TAGs) o los que él mismo sintetiza (con frecuencia a partir de carbohidratos), y luego los secreta a la sangre en forma de lipoproteína de muy baja densidad (VLDL). Esta lipoproteína es la fuente principal de los ácidos grasos utilizados por el tejido adiposo para sintetizar TAG. Sin embargo, en estado de ayuno, el hígado convierte los ácidos grasos en cuerpos cetónicos. ¿Cómo escoge la célula hepática entre estas 2 vías antagónicas? La selección depende de que los ácidos grasos entren o no en la matriz mitocondrial, es decir en la mitocondria. Recordemos que los ácidos grasos de cadena larga atraviesan la membrana mitocondrial interna solamente si están esterificados con carnitina. La carnitina aciltransferasa I es inhibida por el malonil-CoA, el intermediario limitante en la síntesis de ácidos grasos. Así, cuando abunda el malonil-CoA, se evita que los ácidos grasos de cadena larga puedan entrar en la matriz mitocondrial, impidiendo la beta-oxidación de los ácidos grasos y por tanto la formación de cuerpos cetónicos. Consecuentemente los ácidos grasos son exportados al tejido adiposo para que se incorporen a los TAGs de reserva. Por el contrario, cuando el combustible escasea, el nivel de malonil-CoA desciende. En estas condiciones, los ácidos grasos liberados en el tejido adiposo entran en la matriz mitocondrial de las células hepáticas para convertirse en cuerpos cetónicos.

El hígado prefiere como combustible, para satisfacer sus necesidades energéticas, los cetoácidos derivados de la degradación de aminoácidos, antes que la glucosa. El objetivo principal de la glucólisis hepática es formar precursores para la biosíntesis, no es el obtener energía de la glucólisis. Además, el hígado no puede utilizar acetoacetato como combustible porque carece de la transferasa capaz de activarlo, no consume pues este cuerpo cetónico tampoco. Así, el hígado renuncia a los combustibles que debe exportar al músculo y cerebro para su consumo, o al tejido adiposo para su almacenamiento. Realmente el hígado es un órgano altruista al servicio de todos los otros órganos y tejidos para darles soporte energético siempre (y estructural cuando predomina el anabolismo, o desestructural cuando predomina el catabolismo).

Bueno… realmente puede resultar un poco denso, extenso y/o difícil de entender para los que no están familiarizados con la bioquímica y la fisiología humana, pero realmente es sintético y no me he perdido en la complejidad enorme de la cantidad de procesos bioquímicos que operan en nuestro organismo, sólo remarco los más básicos.

Para más referencias sobre mi trabajo os dejo los siguientes links donde encontraréis otros artículos, los resultados de los trabajos realizados con mis alumnos y atletas, comentarios, atención de dudas y consultas, etc…

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Antonio D. Mak
Preparador físico. Entrenador personal
Nutricionista
Especialidad Bioquímica y Fisiología Humana

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